轻型钢结构住宅研究与展望

刘 宏 白润山

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075024)



轻型钢结构住宅研究与展望

刘 宏 白润山

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075024)

轻钢结构住宅是指以高效能结构钢材作为建筑承重部件，以轻型建筑墙体材料作为围护结构的绿色住宅.轻钢结构住宅具有自重轻、建设速度快、性能好、节约能源、节约材料、节约用水、节约用地、抗震性好等特点.主要针对我国的具体国情，概述了轻型钢结构在住宅建筑中的发展势态，并指出在发展中的有利条件、现存问题及建议.

轻型钢结构；发展；优势；问题；建议

0 引 言

轻钢结构住宅是以冷弯型钢、热轧或焊接H型钢、T型钢、焊接或无缝钢管及其组合构件等高效能型材作为承重骨架[1]，以轻型墙体材料作为围护结构组成的能满足建筑特定功能和空间要求的绿色住宅.它具有自重轻、延性好、施工周期短、环境污染小、空间布置灵活等优点，目前轻钢结构住宅是我国发展的重点，也是我国住宅产业化发展的方向之一.

1 轻钢结构住宅简介

所谓轻型钢结构体系，就是承受较小的水平外力荷载，采用较小的构件截面，结构自重较轻的钢结构体系[2].该体系应用冷弯型钢、热轧或焊接H型钢、T型钢、焊接或无缝钢管及其组合构件作为承重骨架，应用石膏板、OSB板、PC板、蒸压轻质加气混凝土板(AIC板)、彩钢板作为骨架外的围护结构.这种体系的房屋建筑构造灵活，屋外装饰类型和色彩丰富多样，可以建造出形式各异的低层或多层轻钢别墅或住宅公寓.轻钢结构住宅结构体系与砖混结构和混凝土结构体系有很大区别，它由轻钢结构体系、楼面结构体系和维护结构体系等组成[3].

轻钢结构体系主要包括两种低层轻钢结构体系和多层轻钢结构体系，低层轻钢建筑指两层及以下的轻钢房屋建筑，主要有实腹式(格构式)门式钢架或排架.该体系的受力构件主要是各榀钢架靠墙梁、檩条和各类支撑连系.多层轻钢建筑一般为10层以下的住宅，总高度小于24 m的公共建筑，20 m以下楼面荷载小于8 kPa的工业厂房.多层轻钢建筑适宜采用三维框架体系，同时必须加强各榀刚架间的连系与支撑.这类结构体系主要采用刚接或半刚接的梁柱体系，一般设计为强柱弱梁形式，梁柱均取等截面形式.

楼面结构体系中楼板主要采用压型钢板-现浇混凝土组合楼板、预制混凝土叠合板、现浇钢筋混凝土楼板等，起支承竖向荷载和传递水平荷载的作用[4].

围护结构体系主要包括两种非自重式轻型墙体和自承重轻型墙体.非自重式轻型墙体材料主要有压型彩钢夹轻型保温隔层墙体、压型彩钢夹芯板、玻纤增强水泥外墙板等.自承重轻型墙体材料主要有空心砌块、加气混凝土砌块、预制预应力混凝土砌块、长尺压型钢板、钢网塑料墙体、轻钢龙骨加面板墙体等.此外，玻璃幕墙既可作非承重式轻型墙体，也可作自承重轻型墙体，主要是看做法[5].

2 我国钢结构住宅的发展现状

长期以来，我国住宅采用的结构形式主要是砖混结构和混凝土结构，但随着时间的发展，这两种结构形式显现出越来越大的弊端，尤其是2008年汶川地震发生后，这两种形式的房屋由于材料自重大、弹塑性能差，遭受了很大的破坏，在震后修复过程中，钢结构住宅走进了人们的视线中.我国轻钢结构住宅的研究与发展起源于20世纪90年代后期，随着经济的发展，在2006年我国钢产量更是达到4.1亿吨，占全球钢产总量的33.18%，这就为钢结构住宅的发展奠定了经济基础.同时，钢结构住宅已被列入建筑十项新技术，这就为钢结构的发展提供了政策支持.目前已有试点工程北京西三旗水电宿舍6层H型钢-剪力墙结构体系住宅楼、江阴京江轻钢房屋公司5层钢框架轻钢住宅试验楼、北京朝阳区十里堡晨光家园B区10层H型钢梁柱小高层住宅楼、清华大学大石桥学生5号公寓、北京经济技术开发区(亦庄)青年公寓等[6].

3 轻钢结构住宅的特点

3.1 住宅结构优势

由于轻钢结构住宅主要采用冷弯型钢、热轧H、T型钢等轻型高强型材作为承重结构，所以与传统结构形式相比，轻钢结构住宅自重轻，空间布置灵活，抗震性能好.住宅中只有墙和楼盖，大空间无梁无柱，管线敷设方便.

3.2 住宅经济优势

钢结构住宅容易做到设计、构件加工制作标准化，现场安装机械化，现场湿作业少，不需模板支架，可大大缩短施工工期.同时，由于建筑材料主要是钢材，可重复率为100%，是真正的绿色环保材料，钢结构住宅被称为“绿色住宅”.

4 轻钢住宅的结构体系选型

4.1 冷弯薄壁型钢体系

构件多用薄钢板冷弯成C形、Z形可单独使用也可独立使用，杆件间采用自攻螺钉进行连接，这种体系的抗侧移能力较差，一般采用1-2层住宅或别墅.

4.2 框架体系

采用钢管或型钢作为住宅的承重构件，按承重构件截面形式可分为H型钢、U型钢、L型钢、工字型钢.纵横设成钢框架，门窗设计灵活，提供较大开间，便于二次设计.这种体系常被应用于低多层住宅体系，但梁柱连接的刚性难以保证，施工时应慎重.

4.3 框架支撑体系

在风载或者地震作用较大的区域，增加轴交支撑或偏交支撑可提高体系的抗侧刚度.这种体系为多重抗侧，而且柱脚节点、梁柱节点可铰接也可半刚接，施工简单，基础主要承受轴力，体型较小，很受青睐.

4.4 框架剪力墙体系

目前，除了可采用传统的剪力墙结构外，还有新型的轻质板材--空腔结构板，此结构板采用黄纸制成具有众多等边空腔结构的板状基架，再浸渍而成，可和钢框架可靠连接，形成新型剪力墙.

5 我国钢结构住宅存在的问题及建议

5.1 从轻钢结构目前的发展情况来看，存在的主要问题有：

(1)因为我国轻钢结构住宅起步较晚，设计计算理论、施工规程和规范都相应的比较匮乏，这就导致了轻钢结构不论在设计还是施工验收上都受到了限制.

(2)我国的相关产品过于单一，设计、制造质量不高，构、配件和功能材料不齐全，一些试点工程所需材料很多都需要从国外购买，这也在一定程度上制约了钢结构住宅的推广和发展.

(3)由于钢结构本身防火和防腐性能的缺陷，以及较差的隔音性能造成钢结构住宅推广困难.

(4)目前国内高校涉及钢结构方面的专业人才很少，同时也缺少熟练地技术工人，使钢结构推广起来缺乏相应的骨干人才.

5.2 针对以上情况，通过对国外技术的引用与推广轻钢结构住宅的研究，结合我国的具体情况着手以下几个方面的工作：

(1)首先我们应该组织我国建设的科研单位、高等学校、企业等一同编制适应我国建筑产业的轻型钢结构的规范要求，从根本上解决钢结构住宅的设计、施工等问题.

(2)积极学习国外的先进技术知识，有组织地开展引进、消化、吸收和改造的工作，加快建设国内的钢结构构件生产共产.

(3)加强对钢结构本身性能的研究，改善钢结构住宅的隔音功能，开发耐候钢和耐火钢在建筑中的应用.

(4)加强轻钢结构的教育和普及工作，大力培养钢结构技术研发人员，加大技术研发的投入.

(5)钢材传热系数大，热量散失快，且易形成冷桥，所以要加大建筑节能技术在钢结构住宅中的应用.

6 结 语

总而言之，轻型钢结构在我国仍然处于发展阶段，目前还有很多的问题需要我们进行研究和解决，作为现阶段国家重点推广的住宅结构之一，轻钢结构住宅符合我国绿色发展的要求.但是由于我国相关规范以及结构的设计方法、结构、经济指标等设计人员的短缺，造成了钢结构住宅发展阻碍.所以，加强培养钢结构方面的人才，加强试点工程建设，制定相关技术规范，加快解决钢结构住宅的基本问题，才能促进钢结构住宅的发展.

[1]郭晓艳.轻钢结构住宅体系发展浅析[期刊论文]-现代经济信息(学术版).2008(8)

[2]徐凌,朱浮声.新型轻钢结构住宅体系及其应用[期刊论文]-鞍山科技大学学报.2004(4)

[3]郭晓艳.轻钢结构住宅体系发展浅析[期刊论文]-现代经济信息(学术版).2008(8)

[4]邹晶.钢结构住宅体系在我国发展现状及存在问题[期刊论文]-《钢结构》2007(7)

[5]程玉龙.轻钢结构住宅在我国的发展现状综述[期刊论文]-甘肃科技.2009(21)

[6]吴广珊,华兰,徐钧.轻钢结构住宅体系及其应用与发展[期刊论文]-上海应用技术学院学报(自然科学版).2003(4)

Research and Prospect of Light-steel Structure Housing

LIUHong,BAIRun-shan

(Hebei University of Architecture,Zhangjiakou 075024 China)

The steel-structure housing refers to the green residential building with high-efficiency structural steel as building bearing components and light wall materials as enclosure structure.Steel-structure residence has the advantage of light weight,quick construction,good performance,energy saving,material saving,water saving,economical use of land,and good vibration resistance,etc.Aiming at our country's specific national conditions,this article mainly summarizes the developing situation of light-steel structure residential building,points out the favorable conditions and existing problems in its development,and gives some suggestions.

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2016-03-27

刘宏(1990-)，女，在读硕士研究生，从事钢结构优化研究.

TU 3

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